王亞明先生 本刊特約撰稿人   王亞明先生在廣播電視行業從業40年，具有深厚的專業技術背景，先后在業內多家公司從事技術工作。1998年加入索尼，2003年至2019年5月擔任索尼中國專業系統集團技術總監，2019年6月擔任宇田索誠科技股份有限公司技術總監，一直站在廣電行業技術最前沿。

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問：常用的色域有哪幾種？

答：在電視行業，常用的色域有NTSC、EBU、SMPTE C、BT.709、BT.2020；電影行業通用的色域是DCI-P3；IT行業則采用Adobe RGB、sRGB色域。除了上述這些與設備有關的物理色域外，傳輸和制作流程還使用一些與設備無關，比人眼可見光范圍更大的色域，如XYZ與ACES。

1953年美國發布NTSC標準，采用CIE的C光源作為基準白，參考電影放映拷貝色域定義了NTSC色域，可再現47.3%可見光色域（CIE1931xy,下同），并依據NTSC色域和C光源定義了著名的NTSC亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B。不過，符合NTSC色域標準的綠色熒光粉發光效率太低，用這種熒光粉制造的顯像管亮度不足，而用較高發光效率綠色熒光粉制造的顯像管物理色域比NTSC色域小，不符合NTSC標準要求。限于當時的技術水平顯示物理色域與亮度性能無法同時兼顧，NTSC色域很快就被熒光粉發光效率更高的EBU和SMPTE C色域取代，其結果就是NTSC色域名存實亡。目前，NTSC色域只是作為顯示行業的參考基準，以NTSC色域作為100%定義了“彩色再現率” 。

1998年Adobe發布Adobe RGB色域，與NTSC色域幾乎相同（G基色相同），可再現45.2%可見光色域，主要用于計算機顯示器、打印機、印刷行業。

NTSC與Adobe RGB色域

1966年EBU發布PAL標準，采用CIE的D光源（D65）為基準白，定義了EBU（PAL）色域（小色域）；1968年RCA與Conrac發布SMPTE C色域，采用CIE的D光源（D65）為基準白，定義了SMPTE C廣播監視器色域（小色域）。EBU和SMPTE C色域都是基于高發光效率熒光粉性能制定的，色域范圍相近，符合這兩種標準的熒光粉發光效率能夠滿足顯像管的亮度要求（大于100尼特），可再現33.5%可見光色域。EBU和SMPTE C可再現色域比NTSC小，以NTSC為基準的彩色再現率72%（色域覆蓋率為NTSC的72%），兩者均被ITU-R BT.601標準采納，EBU和SMPTE C色域分別作為625和525行電視的色域成為ITU-R BT.601標清數字電視技術標準，被稱為BT.601色域。

由于BT.601色域比NTSC色域小，基準白也不一樣，從理論上來說應該依據BT.601色域和D65基準白定義新的亮度方程。以EBU色域和D65基準白定義的亮度方程應為Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，與之后的BT.709高清亮度方程相同。但NTSC亮度方程Y=0.30R+0.59G+0.11B已經在電視行業廣泛使用無法更改，在BT.601標準中只能繼續沿用NTSC亮度方程。因此在標清電視時代雖然色域和基準白是BT.601，但亮度方程卻是NTSC，用NTSC亮度方程運算解析EBU色域和D65基準白得到RGB基色和YUV色差信號會出現誤差，這個問題一直到高清才得以糾正。

基于熒光粉性能定義的EBU與SMPTE C色域

1990年ITU發布ITU-R BT.709高清電視標準，采用CIE的D光源（D65）為基準白，定義了ITU-R BT.709色域，并依據BT.709色域和D65基準白定義了BT.709亮度方程Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，這個亮度方程本來應該是和BT.601一樣的。與BT.601色域一樣，BT.709色域也是基于高發光效率熒光粉性能制定的，其色域與BT.601的EBU幾乎相同，可再現33.5%可見光色域，以NTSC為基準的彩色再現率72%。BT.709色域的R/B與EBU相同，G的y值與EBU相同，x為0.30，是EBU與SMPTE C的 x值0.29與0.31的中間值，因此可以把BT.709與BT.601的EBU視為相同的色域。

1996年惠普和微軟發布sRGB標準，直接采用BT.709技術標準，色域與BT.709完全相同，主要用于計算機顯示器、打印機、印刷行業，目前平板電腦、手機等設備也大多采用sRGB色域。sRGB色域標志著計算機行業全面采用了電視行業標準，不同行業的顯示技術標準加速融合。

ITU-R BT.709與sRGB色域

2005年DCI正式發布V1.0文件，參考電影放映拷貝色域定義了DCI-P3數字放映機色域，可再現45.5%可見光色域，與NTSC、Adobe RGB一樣，都是“大色域”。

2012年ITU發布ITU-R BT.2020標準，采用CIE的D光源（D65）為基準白，定義了BT.2020色域，不再以顯像管熒光粉性能作為制定色域標準的依據，而是參考了新型顯示器件（如LCD、OLED、激光等）性能，可再現63.3%可見光色域，是目前顯示設備的最大色域。依據BT.2020色域和D65基準白，ITU定義了BT.2020亮度方程Y'=0.2627R'+0.6780G'+0.0593B'。

DCI-P3與ITU-R BT.2020色域

NTSC、Adobe RGB、BT.709/sRGB、DCI-P3、BT.2020都是與設備有關的顯示色域，是物理色域。顯示色域都比人眼可見光色域小，在顯示色域的空間中無法制作出超過顯示色域的彩色。在傳輸與制作流程中，使用了一些與設備無關、比人眼可見光范圍更大的色域，其典型代表是XYZ與ACES色域。XYZ和ACES的空間大于人眼可見光色域，可以制作和傳輸超過顯示色域的彩色，在傳輸、制作流程中不會損失彩色信息。

XYZ是DCI/SMPTE 428-1文件定義的DCDM（Digital Cinema Distribution Master，數字影院發行母版）和DCP（發行拷貝）傳輸/制作色域，采用理想化的直角坐標系，覆蓋范圍最大，與BT.709/2020相比彩色矢量差比較大，空間資源利用率比較低。

ACES（Academy Color Encoding System，學院彩色編碼系統）是美國電影藝術與科學學院定義的制作色域，比XYZ色域覆蓋范圍小但大于人眼可見光色域，與BT.709/2020相比彩色矢量差比較小，空間資源利用率比XYZ高，已經得到主流非線性制作設備廠商的支持。

XYZ與ACES色域

色域比較

與伽瑪匹配類似，拍攝/制作色域必須與顯示色域一致才能正確還原被攝物的彩色，拍攝/制作色域與顯示色域不同時還原的彩色就會出現色調或色飽和度失真。顯示色域比拍攝色域小時直接的表現就是顯示的彩色飽和度比實際景物彩色飽和度低，顯示色域比拍攝色域大時顯示的彩色飽和度比實際景物彩色飽和度高，只有拍攝與顯示色域相同時顯示的彩色飽和度才與實際景物的彩色飽和度相同。由于不同色域的基色點位置不同，同樣的彩色在不同色域中的色調也有差別。實際上色域相當于度量的標尺，只有在拍攝和顯示時使用相同的標尺度量彩色時才能得到相同的數值，相同的彩色用不同刻度的標尺度量時得到的數值是不同的。

不同色域表現相同彩色時色調和飽和度的差別

不同色域圖像在DCI-P3色域監視器上顯示彩色的差別

問：影視制作中常說的空間是什么意思？

答：空間（Space）的概念并沒有嚴格定義。影視制作行業談論空間，有時說的是色域，例如BT.709、DCI-P3、BT.2020、XYZ彩色空間等；有時說的是伽瑪，例如線性空間，對數空間等；有時說的是色域+伽瑪，如DCI-P3色域+DCI伽瑪，XYZ色域+DCI伽瑪，BT.709色域+BT.1886伽瑪，BT.2020色域+HLG伽瑪，ACES色域+線性伽瑪等；有時說的是色域+伽瑪+峰值亮度，如BT.2020+PQ4000，BT.2020+HLG1000等。如果繼續細分，還可以把RGB和YUV（YCBCR）也看作不同的空間。

用色域和峰值亮度表示的HDR與SDR空間

需要說明的是，由于歷史原因，有些專業詞匯在電影與電視行業含義是不一樣的。例如在電視行業，線性（linear）的意思是直線特性的伽瑪，而電影行業說的線性實際上是電視行業的電視伽瑪（BT.709或BT.1886），而不是直線特性的伽瑪，所以電影與電視說的線性空間并不是一回事。

實際上，影視制作行業常說的空間就是拍攝、制作和顯示時的亮度與彩色環境，拍攝或制作空間與顯示空間匹配時才能正確還原被攝景物的亮度和彩色。例如，電影的放映顯示空間是DCI-P3色域+DCI伽瑪（伽馬值2.6，峰值亮度48尼特），因此電影母版（DCDM）和發行拷貝（DCP）的空間必須與之匹配，即制作色域DCI-P3，伽馬值約0.5～0.6，制作調色時使用的投影機或監視器顯示空間必須與電影的顯示空間相同。SDR電視的顯示空間是BT.709色域+BT.1886伽瑪（伽馬值2.4，峰值亮度100尼特），因此直播時拍攝空間必須與之匹配，即拍攝色域和伽瑪都是BT.709，制作調光使用的監視器顯示空間必須與SDR電視的顯示空間相同。

對電視的實時直播來說，拍攝和顯示空間是匹配的，直播制作不改變亮度和彩色空間，也可以說制作與拍攝空間是相同的，這就是電視制作的“所見即所得”流程。對非實時的電影制作來說，在膠片時代拍攝、制作和顯示的空間就不一樣，數字時代仍然如此，所以電影只是在后期制作的調色階段對調色師來說才是“所見即所得”，由于拍攝與顯示空間不匹配，攝影師在現場監視器中看到的圖像亮度層次和彩色與影院中呈現的效果是不一樣的，屬于典型的“所見非所得”流程。

典型的電影制作流程：拍攝、制作與顯示空間不同

高質量電視節目的錄播制作和電影一樣，也是典型的“所見非所得”流程。在這種非實時的制作流程中可以把拍攝空間看成米，把制作空間看成鍋，輸出的顯示空間就是大小不同的碗。調色時制作空間這口鍋必須足夠大，即分辨率、量化比特和色域都要比米多比碗大，才能確保不損失亮度和彩色的有效信息；可以用小碗（高清/SDR伽瑪/BT.709色域）、中碗（4K/SDR伽瑪/BT.709或DCI-P3色域）或大碗（4K/HDR/BT.2020或XYZ色域）從制作空間這口大鍋里取得不同信息量的節目，滿足不同需求。

因為亮度與彩色都是用RGB或YCBCR電平表達的，所以不同的空間實際上就是不同的坐標系，每種特定亮度的彩色在不同空間也就是不同坐標系中的坐標值是不同的，所謂空間轉換就是把某個坐標系中的點映射到另外一個坐標系獲得新的坐標值，本質上是矩陣運算的過程。在上述“所見非所得”的制作流程中，首先需要把拍攝素材的空間轉換成更大的制作空間，輸出時把圖像從制作空間轉換成需要的SDR或HDR空間、電影空間，才能保證成品節目圖像的亮度層次和彩色正常。

問：為什么新型4K電視機顯示的高清SDR畫面比4K HDR看起來更亮？

答：目前，市場上采用LCD和OLED顯示面板的高清電視機峰值亮度比監視器高得多，達到了160至300尼特，支持HDR的新型4K電視機峰值亮度更高，有些達到了400至2000尼特，而SDR與HLG都是相對亮度體系，圖像的最高亮度不但與信號電平相關還與顯示設備的峰值亮度相關，因此電視機峰值亮度越高，顯示相對亮度體系的SDR和HLG畫面時亮度就越高。

新型4K電視機顯示SDR畫面比HDR更亮的原因是目前電視機的亮度設置對SDR和HDR是一樣的，如果亮度是為觀看HDR圖像設置的，觀看高清SDR時屏幕就太亮了，如果設置亮度適合SDR，觀看HDR就太暗，沒有HDR效果。4K HDR電視機出廠時一般都是為顯示HDR圖像設置的，由于SDR顯示伽瑪提高亮度時是從暗到亮等比例提升，因此更高峰值亮度的4K電視機顯示高清SDR圖像時亮度比普通高清電視機高得多，也比顯示HDR圖像時的平均亮度更高。

峰值亮度600尼特時SDR與HLG的亮度對比

待續